技術介紹
1.黑體技術節(jié)能原理
黑體技術即“黑體強化輻射傳熱節(jié)能新技術”，是由西華節(jié)能公司利用自主知識產權率先在國際、國內提出并沿用至今的一種加熱爐窯高效節(jié)能技術，它是根據(jù)紅外物理的黑體理論及加熱爐輻射傳熱數(shù)學模型：
制成集“增大爐膛傳熱面積、提高爐膛發(fā)射率和增加輻照度”三項功能于一體的工業(yè)標準黑體（黑體元件），將眾多的黑體元件安裝于爐膛內壁適當部位，既增大傳熱面積，又提高爐膛的發(fā)射率達0.95（1002℃），并且基本不老化，更能對爐膛內的熱射線進行有效的調控，使之從漫射的無序狀態(tài)調控到有序，直接射向被加熱物，提高熱射線的到位率，強化輻射傳熱，取得顯著的節(jié)能效果。
黑體技術的核心是黑體元件，黑體元件是將物理學中“絕對黑體”的概念加以技術化形成的工業(yè)標準黑體，將黑體元件成功地應用于爐膛中,與爐壁共同構成紅外加熱系統(tǒng)。
2.黑體技術特點：
（1）在不改變原爐膛結構的情況下，將眾多黑體元件牢固地安裝在爐襯上，達到增大傳熱面積，提高爐襯傳熱能力的效果，巧妙地解決了爐圍伸展度難于加大的問題。
（2）黑體元件的高吸收和高發(fā)射性能，將爐膛內漫反射狀的熱射線調控為有序的熱射線，提高熱射線的到位率。
（3）黑體元件的安裝將原本爐襯黑度系數(shù)為0.5-0.7提高到0.95，使得傳熱效率增加。
（4）將爐膛氣氛中不連續(xù)波譜輻射能改變?yōu)檫B續(xù)波譜輻射能，有利于被加熱物全波段吸收。
3.黑體技術的優(yōu)勢
黑體技術與國際其它類似技術比較 表1
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技術名稱
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技術屬地
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適應范圍
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技術原理
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節(jié)能效果比較
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黑體技術
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西華節(jié)能
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中高溫爐窯
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強化輻射傳熱
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8-15%
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改變傳熱方式
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日本川崎
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工業(yè)爐窯
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改變傳熱方式
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5-8%
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涂料技術
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英、美、日
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中高溫爐窯
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提高爐襯黑度
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3-5%
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蜂窩體爐頂
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英國
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玻璃窯
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增大爐襯面積
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5-8%
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世界上兩大工業(yè)爐窯集團，法國的斯坦因和日本的黑崎窯業(yè)都不掌握此類相關技術。本技術系國內首創(chuàng)、唯一，并且具有實用性和先進性指標。
適用行業(yè)及領域
該技術廣泛適用于冶金、機械、石化、陶瓷、玻璃等行業(yè)的燃氣、燃油、燃煤或電熱等各型中、高溫加熱爐窯，目前主要應用于機械熱處理爐、軋鋼加熱爐、乙烯裂解爐并將逐漸推廣至建筑陶瓷、玻璃行業(yè)。
目前主要適用于爐窯數(shù)量多，且能耗較高的鋼鐵、石化、陶瓷、玻璃行業(yè)。
根據(jù)不同類型的加熱爐，黑體技術所體現(xiàn)的實測節(jié)能率一般在8～15%，為西華節(jié)能公司所擁有的世界首創(chuàng)的優(yōu)秀的節(jié)能技術。
典型用戶及投資效益
一、典型用戶分析
（一）案例應用單位：河北省首鋼遷安鋼鐵有限責任公司
首鋼遷鋼公司隸屬于首鋼總公司，是國有大型鋼鐵企業(yè)，位于河北省遷安市境內，為首鋼實施戰(zhàn)略結構調整，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的 “希望工程”，在首鋼搬遷調整中起到積極作用。該公司2002年12月18日注冊成立， 2003年3月25日工程奠基，2004年10月15日舉行竣工投產典禮，歷時570天，創(chuàng)出了國內鋼鐵企業(yè)建設的高速度；2160熱軋項目于2005年3月31日開工，2006年12月23日軋制出首鋼發(fā)展史上第一卷熱軋卷板，實現(xiàn)了首鋼由低端產品向中高端產品的歷史性跨越。
首鋼遷鋼公司依托首鋼礦業(yè)公司鐵礦原料基地，充分體現(xiàn)了依托礦山，流程簡潔化、設備大型化、產品高端化、環(huán)境清潔化、信息數(shù)字化的特點和高水平、高起點、高標準的建廠原則，采用國際先進的緊湊型、短流程設計，集中了國內外鋼鐵工業(yè)的先進技術工藝裝備，主要工藝裝備有：2座2650立方米高爐，1座4000立方米高爐，5座210噸轉爐，LF、RH、CAS精煉爐各1臺，2臺雙流板坯連鑄機，2臺8流弧形方坯連鑄機，1套2160半連續(xù)式熱軋帶鋼軋機。年設計能力為780萬噸鐵、800萬噸鋼、780萬噸熱軋板帶鋼，公司高度重視節(jié)能環(huán)保，2006年首鋼遷鋼公司被省、市兩級政府命名為“節(jié)水型社會建設示范企業(yè)”，2010年，首鋼遷鋼公司榮獲河北省“節(jié)能先進單位”榮譽稱號。
（二）應用節(jié)能技術案例
1. 加熱爐基本情況：2160熱軋生產線是一條年產400萬噸（實產385萬噸）熱帶鋼生產線，其加熱爐爐組由結構形式完全相同的1#、2#、3#、4#共四臺加熱爐組成，正常生產按三用一備的生產模式運行，3#加熱爐為其中之一。該爐由首鋼設計院設計、二十冶施工并于2007年4月投產，至2014年4月實施黑體技術節(jié)能改造時，該爐已平穩(wěn)運行7年時間，根據(jù)該加熱爐設計的結構特點、筑爐材料、施工單位及施工季節(jié)，結合現(xiàn)場爐況考察，加熱爐爐襯結構良好、運行平穩(wěn)，從而創(chuàng)造了黑體技術實施的有利條件。其技術參數(shù)如表2：
加熱爐基本參數(shù) 表2
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爐型
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步進式加熱爐
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產量（萬t/年）
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設計400（實產385）（3臺爐產量）
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投產日期及設計/施工單位
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2007年4月，首鋼設計院設計，二十冶施工
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燃燒方式
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平焰燒嘴和高速燒嘴
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做過節(jié)能措施
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爐內纖維粘貼
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爐膛尺寸m
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40.6×11.1×4.35
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燃料種類及熱值
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混合煤氣，2100—2400（取2300）KCal/Nm3
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單耗
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1.45GJ /t材（150m3/t材）
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2. 能源利用狀況：該公司為正規(guī)的大型國有企業(yè)，其管理規(guī)范，領先采用各項節(jié)能新新技術，但目前軋鋼工序煤氣消耗指標僅達到1.45GJ /t材，離國內先進水平尚有一定距離，所以還有節(jié)能潛力可挖。
（三）案例能耗監(jiān)測情況
該加熱爐由首鋼設計院設計、二十冶施工，其設計規(guī)范、施工嚴格，各類計量設施及設備配套齊全，設施先進，計量檢定嚴格，其生產原始數(shù)據(jù)記錄完整，能很好的提取到準確的原始數(shù)據(jù)鏈，所以為改前能耗基準標定及改后測試創(chuàng)造了有利條件。
二、案例內容
（一）節(jié)能改造前用能情況
首鋼遷鋼2160熱軋3#加熱爐于2007年4月正式投產，設計產能135萬t/年，實際產能約115萬t/年，為端進端出步進式加熱爐,在2014年4月實施黑體技術節(jié)能改造時，該爐經過了7年時間的使用，其運行狀況良好，但產能稍顯不足（約達產85%），所以其能耗指標（1.45GJ /t材）偏高，離國內先進水平尚有一定距離，這為黑體技術節(jié)能改造創(chuàng)造了條件，同時根據(jù)該加熱爐的運行狀況并通過改前測試來確定改前能耗基準B1=142.17Nm3。
（二）節(jié)能改造內容
1.項目概況：該加熱爐位于河北省唐山市遷安市楊店子鎮(zhèn)濱河村南側遷鋼熱軋作業(yè)部廠內，為步進式板坯加熱爐，爐膛尺寸40.6×11.1×4.35m，黑體技術節(jié)能改造于2014年4月3日開工，2014年4月11日完工，施工工期共9天，設計安裝黑體元件15600個，實際安裝元件15240個，組織施工工程人員42人，包括成都臨時工(8人)及現(xiàn)場臨時工（10人）。
2.項目改造內容：
（1）不改動原爐膛結構；
（2）在爐膛預熱段、一加熱段、二加熱段的爐頂及爐墻適當部位，設置約15600個黑體元件（見表3及圖1）；
黑體元件數(shù)量及分布表 表3
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爐段
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尺寸（m）
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施工面積（㎡）
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元件安裝數(shù)量（個）
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預熱段
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13.44×11.1×4.35
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105
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5100
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加熱一段
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10.075×11.1×4.35
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92
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5000
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加熱二段
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10.375×11.1×4.35
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94
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4900
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均熱段
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8.36×11.1×4.35
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10
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600
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合計
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40.6×11.1×4.35
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301
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15600
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SHAPE \* MERGEFORMAT
圖1 黑體元件分布圖
說明：元件布置數(shù)量可根據(jù)加熱爐實際爐況進行適當調整
3.項目改造前、后設備對比：
 
圖2改造前后爐頂爐襯情況對比
（三）節(jié)能改造產生的節(jié)能效果分析
針對黑體技術最主要也是最重要的對節(jié)能效果指標（節(jié)能率）的考核，項目實施首先由西華節(jié)能及項目方共同制定一套科學的、嚴謹?shù)摹⒖尚械摹稖y試方案》來對改前能耗基準進行確定，同時對改后節(jié)能效果的判定提供作業(yè)指導書并同項目方或測試第三方共同實施，以確保節(jié)能率測試的真實性與公正性。
1.節(jié)能率的確定
（1）能耗測試基準：在能耗對比測條件基本相同的情況下（包括鋼坯材質、產品品種、裝爐量、加熱爐熱工條件等）進行改前、改后測試，確定其單耗指標為測試基準。
（2）節(jié)能率計算：
P —黑體技術節(jié)能改造的節(jié)能效果體現(xiàn)（節(jié)能率（%) ）；
B1——改前噸材能耗水平m3/t材；
B2——改后噸材能耗水平m3/t材；
2.節(jié)能量的確定
月節(jié)能量（萬m3/月）=改前能耗基準（B1）×當月實際產量（t材/月）×節(jié)能率（%）
3.節(jié)能效益計算
月節(jié)能效益（萬元/月）=月節(jié)能量（萬m3/月）×燃氣單價（元/ m3）
4.測試方法
節(jié)能率的測定與驗證是由項目業(yè)主單位同節(jié)能服務公司共同組成測試小組來進行，從而確保測試結果的準確性與公正性。
（四）節(jié)能改造投資額、效益和投資回收期分析
針對該加熱爐的實際情況，結合目前鋼鐵企業(yè)的生存現(xiàn)狀，由西華節(jié)能全額投資對該項目實施合同能源管理（EMC模式）方式來進行黑體強化輻射節(jié)能技術改造，從而達到節(jié)能減排的預期目的，為企業(yè)減輕負擔，促進環(huán)境改善，保證了企業(yè)的社會和經濟效益。
節(jié)能效益及投資分析：根據(jù)該加熱爐的實際爐況及工況,其產能由雙方核定為115萬t/年，實測節(jié)能率10.55%，為此作出如下節(jié)能效益及投資分析（見表4）
節(jié)能效益及投資分析 表4
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經
濟
效
益
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年效益
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115萬t/年×142.17m3J/t材×10.55%×0.27元/m3
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465.7萬元
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月效益
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465.7萬元/年÷12月/年
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38.8萬元
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三年效益
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465.7萬元/年×3年
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1397.1萬元
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社會效益
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年節(jié)約標煤
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-----
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5665噸
|
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年減排CO2
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------
|
14100噸
|
|
投資額（萬元）
|
------
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320
|
|
投資回收期（月）
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考慮投資的分批投入，所以動態(tài)回收期約3年（36個月）。
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三、能耗監(jiān)測內容
（一）第三方機構出具的運行1年以上的實際應用測試報告
鑒于軋鋼加熱爐生產運行的特殊性、能耗影響因素的多樣性（如加熱爐工況、爐況的變化或生產負荷或生產工藝的調整等）及軋鋼加熱爐本身結構變化的差異性，采取項目雙方（項目建設方及節(jié)能服務公司）組成聯(lián)合測試小組，并根據(jù)各個加熱爐的結構特點、工藝條件、生產狀況來共同商定切實可行的《測試方案》，進而以《測試方案》作為節(jié)能率測試的作用指導書，由雙方共同參與測試并對測試的原始數(shù)據(jù)進行確認，同時以此為據(jù)出具如下節(jié)能率報告并以此節(jié)能率進行節(jié)能效益分享結算：
（二）節(jié)能量測算結果;
根據(jù)爐況考察及改前能耗基本了解，原預計節(jié)能率10%，實測節(jié)能率10.55%，以此為據(jù)作出節(jié)能量計算如下：
年節(jié)能量計算與分析 表5
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年節(jié)能量
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預計節(jié)能率（%）
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10
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--
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預計節(jié)能量（萬m3）
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115萬t/年×150m3/t材×10%
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1725.0
|
|
實際節(jié)能率（%）
|
10.55
|
---
|
|
實際節(jié)能量（萬m3）
|
115萬t/年×142.17m3/t材×10.55%
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1724.9
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（三）節(jié)能效益測算結果：
年節(jié)能效益計算與分析 表6
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年節(jié)能量效益
|
預計節(jié)能率（%）
|
10
|
---
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預計節(jié)能效益（萬元）
|
1725.0萬m3×0.27元/ m3
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465.750
|
|
實際節(jié)能率（%）
|
10.55
|
---
|
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實際節(jié)能效益（萬元）
|
1724.9萬m3×0.27元/ m3
|
465.723
|
四、案例應用單位反饋
案例應用單位對節(jié)能改造效果的評價：
通過對首鋼遷鋼2160熱軋3#加熱爐黑體技術改造及半年多時間的連續(xù)運行：
1.
黑體技術節(jié)能改造節(jié)能效果明顯，原預計節(jié)能率10%，測試節(jié)能率10.55%滿足合同及技術條件要求
2.
黑體技術的實施其升溫速度加快，加熱能力提高，減少甚至無待溫時間。
3.
爐溫均勻性改善，鋼溫均勻性提高，軋制電流減小，更有利于軋機順軋生產。
4.
黑體元件黑度系數(shù)溫度，節(jié)能效果持續(xù)長久。
技術提供單位介紹
西華節(jié)能1997年由李治岷、魏玉文兩位教授創(chuàng)辦，創(chuàng)立以來一直專注從事爐窯節(jié)能減排技術及產品的研制和產業(yè)化推廣，重點推廣由兩位教授在國際上首先提出的“黑體強化輻射傳熱節(jié)能新技術”（黑體技術），致力于提高我國工業(yè)爐窯技術裝備水平。目前已推廣應用到冶金、機械、石油化工、建材等行業(yè)，服務于首鋼、武鋼、沙鋼、萊鋼、東北特鋼、冷鋼、億鑫鋼鐵、河北鋼鐵、中天鋼鐵、天津石化等大型客戶，努力為中國及全球的節(jié)能減排事業(yè)作貢獻。
經過10多年的持續(xù)研發(fā)，公司獲得了《黑體元件及節(jié)能爐窯》、《節(jié)能爐窯》、《軋鋼加熱爐》、《管式加熱爐》、《節(jié)能爐窯及節(jié)能方法》等多項專利，自主研制的黑體產品及一整套相關應用技術已經發(fā)展到第三代，形成了完整可靠的產品系列，能夠滿足各種工業(yè)爐窯的不同需求，起到節(jié)能、增產、改善爐溫均勻性、延長爐襯壽命等效果。隨著產品技術的成熟完善，公司也因此實現(xiàn)了從技術研發(fā)階段向高速大規(guī)模商業(yè)化推廣階段的跨越，近年來凝聚了一批富有創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新精神的專業(yè)技術和經營管理人才，研發(fā)和工程技術力量不斷增強，市場影響力快速提升。
自公司發(fā)明黑體技術以來，該技術歷年來入選國家科委《國家級科技成果重點推廣計劃》、國家經貿委《八五國家技術創(chuàng)新新技術推廣優(yōu)秀項目》，2011年又入選國家發(fā)改委《國家重點節(jié)能技術推廣目錄》、中國化工節(jié)能技術協(xié)會《優(yōu)秀節(jié)能技術》。公司2011年入選國家發(fā)改委、財政部評審的節(jié)能服務公司備案名單（第二批），黑體技術于2014年6月列入國家“十二五”重點規(guī)劃圖書工信部《能源管理負責人培訓鋼鐵行業(yè)教材》并得到廣泛推廣, ,2014年12月31日國家發(fā)改委將黑體技術列入2014年本（節(jié)能部分）國家重點節(jié)能低碳技術推廣目錄。
公司擁有黑體技術實施的專門技術，已形成了集黑體技術的研發(fā)、黑體元件的自主生產、黑體節(jié)能技術的施工調試、節(jié)能技術服務為一體；現(xiàn)已具備完整的黑體元件生產線3條，設備完善的科研所1家的整體實力，能充分滿足各型軋鋼加熱爐，石化裂解爐、制氫轉化爐及工業(yè)鍋爐等工業(yè)爐窯黑體節(jié)能技術服務的需要。以“交鑰匙工程”的方式承接各類節(jié)能型工業(yè)爐窯專項節(jié)能技術的改造。
公司遵循“用戶至上、技術先進、質量優(yōu)良、服務周到”的宗旨，竭誠與國內外企業(yè)合作，共謀發(fā)展；同時，也誠邀行業(yè)精英加盟，共同打造爐窯節(jié)能領軍企業(yè)。公司尊崇“踏實、拼搏、責任”的企業(yè)精神，并以誠信、共贏、開創(chuàng)經營理念，創(chuàng)造良好的企業(yè)環(huán)境，以全新的管理模式，完善的技術，周到的服務，卓越的品質為生存根本，我們始終堅持用戶至上 用心服務于客戶，堅持用自己的服務去打動客戶。
技術術推廣前景
截至2014年全國范圍內使用黑體技術已達到各類加熱爐81臺/套，其中石化、陶瓷各1臺（套），鍋爐1臺（套），同時與全國大中、型鋼鐵及石化企業(yè)達成約定使用150臺套。
現(xiàn)對2015 年市場空間及預測至 2020 年的市場占有率情況如表7，預計未來5年（至2020年），該技術在行業(yè)內的推廣潛力將由目前的8-10%提升到70%，西華節(jié)能黑體技術市場占有率將穩(wěn)定保持在95%，預計可以采取黑體技術進行改造的細分市場需求量在200億元以上，年節(jié)能能力將達到750萬t ce/a，二氧化碳減排能力達到1875萬t CO2/a，二氧化硫減排能力達到52.5萬t SO2/a，氮氧化物減排將達到26.25萬t NOX/a。
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序號
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行業(yè)分類
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截至2014年
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2015年預計
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2020年預計
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數(shù)量（臺）
|
累計推廣率（%）
|
數(shù)量（臺）
|
累計推廣率（%）
|
市場前景（臺）
|
數(shù)量（臺）
|
累計推廣率（%）
|
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1
|
鋼鐵行業(yè)
|
100
|
5
|
60
|
8
|
2000
|
1400
|
78
|
|
2
|
石化行業(yè)
|
1
|
0.5
|
5
|
3
|
300
|
120
|
40
|
|
3
|
陶瓷行業(yè)
|
1
|
--
|
--
|
--
|
10000
|
1000
|
10
|
|
4
|
玻璃行業(yè)
|
--
|
--
|
--
|
--
|
200
|
20
|
10
|
|
5
|
機械行業(yè)
|
50
|
0.25
|
50
|
0.5
|
20000
|
4000
|
20
|
|
5
|
其它行業(yè)
|
1
|
--
|
5
|
0.4
|
1500
|
500
|
30
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黑體技術推廣情況及市場預測 表7
另外，根據(jù)黑體技術的國際領先地位，在國際市場上主要傾向于
1）鋼鐵行業(yè)：尤其是由發(fā)達國家向發(fā)展中國家（如印度及其它東南亞國家）轉移到大型鋼鐵企業(yè)。
2）石化行業(yè)：黑體技術首先在天津石化得到突破性應用，不但取得2.76-4.5%的節(jié)能效果，而且這項技術目前在國際上還沒有案例，所以國際市場前景廣闊。
3）黑體技術目前直接受邀臺灣中鋼集團、韓國浦項不銹鋼等海外企業(yè)進行合作商談；通過代理商與越南、緬甸及印度等鋼鐵企業(yè)達成友好合作協(xié)議，其中緬甸鋼鐵項目已完成合同簽訂并計劃進行施工組織，后因經濟危機原因而暫停，但目前仍保持良好溝通關系。
|
